要在金星表面上放一臺電腦？做到耐酸雨腐蝕很容易，但是能承受500°C的超高溫和約為地球大氣壓90倍的超高壓卻是一件難事。

上圖為人類掌握的少有的金星圖像之一，由一個金星探測器拍攝下來。這張圖片是從原來的低分辨率攝像機鏡頭畫面經(jīng)過大量后期處理得來的。

金星是太陽系中最不適宜居住的地方之一。 當(dāng)著陸器下降時，穿過沸騰著的硫酸雨形成的云霧實際上是件容易的事。真正的難點是著陸器登陸后，不會被金星表面470°C的高溫烤壞或是被約為地球大氣壓90倍的超高壓壓碎，要知道這里的大氣壓強等同于你在水下900米游泳時受到的壓強。

對于人造探測器，在金星上的最長生存時間是127分鐘，這項紀(jì)錄是1981年前蘇聯(lián)航天器Venera 13號創(chuàng)造的。 堅持了兩個小時沒有損毀，并回傳給我們第一張關(guān)于這個星球表面狀況的彩色照片，被認為是一個巨大的成功。當(dāng)時這個探測器的預(yù)計使用壽命是在被金星表面的惡劣環(huán)境烤壞、壓碎或是酸雨腐蝕分解前，能夠存活32分鐘。 隨后又升空了三個金星探測器，均由前蘇聯(lián)發(fā)射，分別是Venera 14號，Vega 1號，Vega 2號。但自1985年以后，我們就沒有試圖讓任何航天器在金星表面上著陸。

探索金星的核心問題之一是，普通的數(shù)字計算機無法在那里長時間的正常工作。 標(biāo)準(zhǔn)的硅基芯片可以承受大約250°C高溫，但最終系統(tǒng)中積聚了過多的能量，硅材料性質(zhì)發(fā)生變化，不再是半導(dǎo)體材料，其中的電子可以自由越過帶隙，這時一切都停止工作了。Venera著陸器采用繁瑣笨重的密封倉室來保持芯片的電子處于冷卻狀態(tài)，在脫離母軌道進入大氣層之前，有時內(nèi)部先被預(yù)冷卻到大約-10°C左右。

在過去幾年中，基于半導(dǎo)體碳化硅（SiC）材料的電子學(xué)已經(jīng)開始成熟。 SiC從軍事和重工業(yè)中吸引了很多人的興趣，因為它可以支持非常高的電壓和溫度，這些性能也使其成為研制金星計算機非常合適的參考材料。

在NASA Glenn熾熱（400C +）的碳化硅環(huán)形振蕩器

現(xiàn)在，NASA的Glenn研究中心的研究人員已經(jīng)破解了限制高溫集成電路的另一個大問題：他們已經(jīng)制造出了將晶體管和其他集成組件連接在一起的微小導(dǎo)線，這種導(dǎo)線也可以在金星的極端條件下正常工作。

NASA Glenn研究人員將新型導(dǎo)線與一些SiC晶體管相結(jié)合，制作了一個陶瓷封裝芯片。 然后將該芯片放入GEER-the Glenn Extreme Environments Rig中，該機器可以一次性保持類似金星的溫度和壓力運作數(shù)百小時。 該芯片是一個簡單的3級振蕩器，在GEER不得不關(guān)閉之前，該芯片在穩(wěn)定的1.26MHz工況下運行521小時（21.7天）。

NASA Glenn發(fā)言人說，這是第一個已知的計算機芯片在沒有壓力容器，冷卻系統(tǒng)或其他保護措施的幫助下，在類金星狀況下運行多天/周的示范。 “隨著進一步的技術(shù)成熟，這樣的SiC集成電路可以大大提高金星著陸器設(shè)計和計算性能，從根本上實現(xiàn)長期在金星的表面從事高性能計算任務(wù)?！毖芯咳藛T總結(jié)。

向金星發(fā)送著陸器不只需要耐高溫的電子元器件。 在研究這個故事的時候，我偶然發(fā)現(xiàn)了一個很棒的網(wǎng)站，記錄了從1961年到1985年前蘇聯(lián)對金星的探索。事實證明，制造能在470℃和9MPa條件下繼續(xù)工作的工具是相當(dāng)困難的。 請查看Venera 13號和14號著陸器上鉆孔設(shè)備的描述：

“能夠在固體火成巖中鉆3厘米，如果需要，鉆頭需要發(fā)明新合金和新型電動機。 機器部件設(shè)計為僅在熱膨脹到500℃之后才適合和正常工作。 伸縮鉆頭下降到鉆孔表面用時兩分鐘。 煙火裝料系統(tǒng)無需一系列的密封，允許金星的高壓氣體涌入裝配管道中。 土壤分階段進入土壤轉(zhuǎn)移管和樣品容器中。 樣品容器被煙火裝料系統(tǒng)通過氣鎖控制，最終進入x射線熒光室。 然后大型真空儲存器將室壓力降低至約0.06個大氣壓?！?/p>

金星著陸器的機械設(shè)計方面今天仍然很困難，但是由于材料科學(xué)，石油鉆探和其他高溫工業(yè)的進步，這應(yīng)該在我們的能力范圍內(nèi)。不過好消息是大概在2023年，NASA Glenn將設(shè)計完成一輛更加復(fù)雜、困難的擁有更多運動組件的金星登陸車。

Via arstechnica

雷峰網(wǎng)版權(quán)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。